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Using tracer tests and hydrological observations to evaluate effects of tunnel drainage on groundwater and surface waters in the Northern Apennines (Italy)
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Vincenzi, Valentina Gargini, Alessandro Goldscheider, Nicola |
| Copyright Year | 2009 |
| Abstract | The impact of a railway tunnel on groundwater and surface waters in the Northern Apennines (Italy) was demonstrated and characterised by multi-tracer tests and hydrological observations. The 15-km-long Firenzuola tunnel crosses turbidite marls and sandstones previously not considered as aquifers. During the drilling, water inrushes occurred at fracture zones, and the tunnel still continues to drain the aquifer. The water table dropped below the level of the valleys, and gaining streams transformed into losing streams or ran completely dry, as did many springs, causing severe damage to the aquatic fauna and other elements of the ecosystem. Two multi-tracer tests, each using uranine and sulforhodamine G, were carried out in two impacted catchments in order to confirm and quantify the stream–aquifer–tunnel interrelations. The results proved connection between losing streams and numerous water inlets in the tunnel, with maximum linear distances of 1.4 km and velocities up to 135 m/d. Several of the demonstrated flowpaths pass under previous groundwater divides (mountain ridges), proving that the tunnel has completely modified the regional flow system. Water balance estimations demonstrate that the observed water losses cannot be explained by climate change but can largely be attributed to the tunnel drainage.RésuméL'impact d'un tunnel ferroviaire sur les eaux souterraines et sur les eaux de surface dans le Nord des Apennins (Italie) a été démontré et précisé par des tests de traçage et des observations hydrologiques. Le tunnel de Firenzuola long de 15 km traverse des turbidites marneuses et gréseuses considérées comme non aquifères auparavant. Pendant le percement, des irruptions d'eau se produisaient dans les zones de fracture, et le tunnel continue encore à drainer l'aquifère. Le niveau piézométrique s'est abaissé sous le plancher des vallées et les cours d'eau drainants se sont transformés en cours d'eau infiltrants ou se sont complètement asséchés, ainsi que de nombreuses sources, endommageant sévèrement la faune aquatique et d'autres éléments de l'écosystème. Deux tests à traceurs multiples, utilisant chacun l'uranine et la sulforhodamine G,ont été effectuées dans deux bassins influencés afin de confirmer et de quantifier les relations réciproques cours d'eau–aquifère–tunnel. Les résultats ont prouvé le lien entre les pertes des cours d'eau et les nombreuses arrivées d'eau dans le tunnel, selon des intervalles linéaires d'1.4 km au maximum et des vitesses atteignant 135 m/j. Plusieurs des directions d'écoulement passent sous des lignes de séparation des eaux souterraines antérieures (crêtes des montagnes), démontrant que le tunnel a radicalement modifié le système d'écoulement régional. Les estimations du bilan d'eau prouvent que les pertes d'eau observées ne peuvent pas été expliquées par le changement climatique mais peuvent être en grande partie attribuées au drainage du tunnel.KurzfassungDie Auswirkungen eines Eisenbahntunnels auf Grund- und Oberflächenwässer im nördlichen Apennin (Italien) wurden durch kombinierte Markierungsversuche und hydrologische Beobachtungen nachgewiesen und charakterisiert. Der 15 km lange Firenzuola Tunnel durchquert turbiditische Mergel und Sandsteine, die bisher nicht als Grundwasserleiter angesehen wurden. Während der Tunnelbohrung kam es zu Wassereinbrüchen an Kluftzonen; der Entwässerungsvorgang dauert bis heute an. Dadurch ist der Grundwasserspiegel unter Talniveau abgesunken; Bäche, die bisher vom Grundwasser gespeist wurden, versickern nun im Untergrund oder sind ganz trockengefallen, ebenso wie etliche Quellen, was zu einer erheblichen Schädigung der aquatischen Fauna und anderer Elemente des Ökosystems geführt hat. Um in zwei betroffenen Einzugsgebieten die Bach-Grundwasserleiter–Tunnel–Verbindungen nachzuweisen und zu quantifizieren, wurden zwei kombinierte Markierungsversuche durchgeführt, jeweils mit Uranin und Sulforhodamin G. Die Ergebnisse belegen die Verbindungen zwischen den versickernden Bächen und zahlreichen Wassereintrittstellen im Tunnel über Distanzen von bis zu 1.4 km und mit linearen Fließgeschwindigkeiten bis zu 135 m/Tag. Etliche der nachgewiesenen Fließpfade unterqueren frühere Grundwasserscheiden (Bergrücken), was beweist, dass der Tunnel das natürliche regionale Fließsystem komplett verändert hat. Wasserbilanzschätzungen zeigen, dass die beobachteten Wasserverluste nicht durch Klimawandel erklärt werden können, sondern ganz überwiegend auf die Tunneldrainage zurückzuführen sind.ResumenEnsayos de trazadores y medidas hidrológicas han permitido demonstrar y caracterizar el impacto de un túnel ferroviario sobre las aguas subterráneas y superficiales en los Apeninos del Norte. El túnel de Firenzuola, largo 15 km, atraviesa margas y areniscas turbidíticas, originariamente no consideradas acuíferos. Durante la perforación del túnel se verificaron avalanchas de agua en las zonas fracturadas. El túnel actualmente sigue drenando el acuífero. El nivel piezométrico ha descendido por debajo del nivel de los valles, y torrentes efluentes se han transformado en influentes o, así como numerosos manantiales, se han secado completamente causando severos daños a la fauna acuática y a otros elementos del ecosistema. Para confirmar y cuantificar las relaciones entre torrente–acuífero–túnel, en dos de las cuencas afectadas se han llevado a cabo dos ensayos de trazadores en cada uno de los cuales se han utilizado uranina y sulforhodamina G. Los resultados han comprobado la conexión entre los torrentes influentes y numerosas entradas de agua al túnel, con distancia linear máxima de 1.4 km y velocidades hata los 135 m/día. Alguna de las líneas de flujo observadas cruzan las divisorias de flujo subterráneo originariamente existentes (crestas de montañas), demostrando que el túnels ha modificado completamente el sistema de flujo regional. Las estimaciones sobre el balance hídrico demonstran que las pérdidas de agua observadas no pueden ser explicadas por cambios climáticos sin embargo sí que pueden ser atribuídas al drenaje del túnel.摘要通过多元示踪试验和水文观测揭示和描述了亚平宁北部某铁路隧道对地下水和地表水的影响。长15千米的Firenzuola隧道穿过了起初未被认为是含水层的浊积泥灰岩和砂岩地层。在钻进时, 裂隙带有水涌出, 随后, 隧道继续对含水层进行疏干。导致潜水面降至河谷谷底以下, 河流由接受潜水补给变为向地下水排泄的河, 直至同许多泉水一样, 完全干涸。这对水生生物群落和其它生态系统要素造成了严重危害。为证实和量化河流-含水层-隧道之间的相互联系, 我们应用荧光素钠和磺酰罗丹明G组成的多元示踪剂, 对受到影响的两个流域共进行了两次示踪试验。结果表明渗失河与隧道中的许多渗水点连通, 最大直线距离为1.4 千米, 流速达135 米/天。在揭示出的渗流路径中, 有几条穿过了原来的地下水分水岭 (山系), 表明隧道已将区域地下水流动系统彻底改变。水均衡计算表明, 所观测到的水量损失无法用气候变化解释, 而可基本归结为隧道排水所致。RiassuntoL'impatto di una galleria ferroviaria sulle acque sotterranee e superficiali nell'Appennino Settentrionale (Italia) è dimostrato attraverso prove di multi-tracciamento ed osservazioni idrologiche. La galleria Firenzuola, lunga 15 km, attraversa formazioni torbiditiche erroneamente considerate non acquifere. Durante le perforazioni nelle zone fratturate si sono incontrate importanti venute d'acqua e da allora la galleria drena l'acquifero. La superficie piezometrica è scesa sotto le vallate: i torrenti, in condizioni naturali alimentati dall'acquifero, sono diventati disperdenti o si sono prosciugati, come è successo a molte sorgenti, causando così severi danni alla fauna acquatica e ad altri elementi dell'ecosistema. In due bacini sono state realizzate due prove di multi-tracciamento, con uranina e sulforhodamina G, al fine di confermare e quantificare l'interazione torrenti–acquifero–galleria. I risultati hanno dimostrato le connessioni tra torrenti disperdenti e numerose venute d'acqua in galleria, con distanze lineari massime di 1.4 km e velocità fino a 135 m/giorno. Diversi percorsi di flusso intersecano i crinali che in condizioni naturali costituivano spartiacque piezometrici, dimostrando così che la galleria ha completamente alterato il flusso sotterraneo regionale. Il bilancio di massa indica chiaramente che le perdite di deflusso osservate non possono essere imputate ai cambiamenti climatici, ma vanno attribuite prevalentemente al drenaggio operato dalla galleria.ResumoAtravés de múltiplos ensaios de traçadores e observações hidrológicas demonstrou-se e caracterizou-se o impacte de um túnel de caminho de ferro sobre as águas subterrâneas e superficiais no Norte dos Apeninos (Itália). O túnel de Firenzuola, com 15 km de comprimento, atravessa margas e arenitos turbiditicos, previamente não considerados como aquíferos. No entanto, durante a perfuração ocorreram entradas importantes de água nas zonas fracturadas e o túnel continua a drenar o aquífero. O nível freático desceu abaixo do nível dos vales e rios efluentes transformaram-se em influente ou secaram, tal como diversas nascentes, causando impactes severos à fauna aquática e a outros elementos do ecossistema. Dois ensaios de traçadores múltiplos, utilizando uranina e sulforodamina G foram realizados em duas bacias de drenagem afectadas por estes impactes, de modo a confirmar e quantificar as relações rio–aquífero–túnel. Os resultados mostraram a conexão entre rios influentes e numerosas surgências no túnel, com distâncias lineares máximas de 1.4 km e velocidades até 135 m/d. Vários dos caminhos de fluxo identificados passam sob prévias linhas de separação de águas (linhas de festo), demonstrando que o túnel modificou completamente os sistemas regionais de escoamento. Estimativas de balanço hídrico demonstram que as perdas de água não podem ser explicadas por mudanças climáticas e podem ser predominantemente atribuídas à drenagem do túnel. |
| Starting Page | 135 |
| Ending Page | 150 |
| Page Count | 16 |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| DOI | 10.1007/s10040-008-0371-5 |
| Volume Number | 17 |
| Alternate Webpage(s) | http://doc.rero.ch/record/18214/files/Vincenzi_Valentina_-_Using_tracer_tests_and_hydrological_observations_to_20100517.pdf |
| Alternate Webpage(s) | https://doi.org/10.1007/s10040-008-0371-5 |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
